常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析
1引言
从20世纪80年代开始，由于数控机床的主轴、进给系统等功能部件设计制造技术的突破，数控机床的主轴转速和进给速度均大幅度提高，在现代制造技术全面进步的推动下，切削加工技术开始进入高速切削的新阶段。目前，高速切削已在模具、航空、汽车等制造业领域得到了大量应用，产生了显著的经济效益，并正向其它应用领域拓展。高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。研究表明，高速切削时，造成刀具损坏的主要原因是在切削力和切削温度作用下因机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和破损。因此，对高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以及抗涂层破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性，当其韧性得到改善后，非常适合用于高速切削。先进涂层技术的发展进一步改善了刀具材料的性能。目前，新型涂层材料和涂层工艺的开发方兴未艾，预示着涂层刀具在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前景。
本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损机理进行了综合评述，对刀具的磨损形态和磨损寿命进行了分析，这些研究将有益于实际生产加工中对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。
2高速切削刀具的磨损形态
高速切削时，刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。
后刀面磨损是高速切削刀具最经常发生的磨损形式，可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能，在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度VB值作为刀具的磨损极限。
微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口，常发生在断续高速切削时，通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施，均可减小微崩刃的发生概率。通常只要将刀具微崩刃的大小控制在磨损限度以内，刀具仍可继续切削。
边界磨损发生在刀具后刀面的刀?工接触边缘处，形状通常为一狭长沟槽，因此也称为沟槽磨损。高速切削不锈钢、高温合金（如Inconel718）时刀具容易发生边界磨损，其原因是工件表面的加工硬化使刀? 工接触边界的工件材料硬度最高。加工外圆时，刀?工接触边界的切削速度最高，因此也容易形成边界磨损。此外，用陶瓷刀具高速切削铸铁时也容易发生边界磨损。
片状剥落多发生在刀具的前、后刀面上，其原因是刀?屑或刀?工接触区的接触疲劳或热应力疲劳所致。当剥落很小时，被认为是磨损；但在很多情况下，由于疲劳裂纹源距刀具表面具有一定深度，裂纹扩展后所形成的剥落块往往大于刀具的磨损限度，一旦发生剥落，即可使刀具失效，形成剥落破损。陶瓷刀具端铣钢和铸铁时，前刀面上经常出现贝壳状剥落；涂层刀具因涂层材料与基体材料粘结强度不够也易发生剥落。
前刀面月牙洼磨损最常出现在塑性金属的高速切削加工中。塑性变形多发生在切削温度较高而刀具红硬性较差的切削条件下，超硬刀具材料在切削速度很高时也可能发生塑性变形现象。
3高速切削刀具的磨损机理
在高速切削加工中，与普通切削加工类似，也存在两个摩擦副：前刀面与切屑间的摩擦副和后刀面与已加工表面间的摩擦副。其中，前者影响刀具前刀面的磨损，后者影响刀具后刀面的磨损，前、后刀面的磨损均影响刀具寿命。但与普通切削相比，高速切削时刀具与工件的接触时间减少，接触频率增加，切削过程中产生的热量更多向刀具传递，因此其磨损机理与普通切削有很大区别。
（1）陶瓷刀具
陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能及高温力学性能优良、化学稳定性好、不易与金属发生粘结等特点。陶瓷刀具的最佳切削速度通常可比硬质合金刀具高3～10倍，适用于高速切削钢、铸铁及其合金等。陶瓷刀具用于高速切削时，切削温度可高达800～1000℃甚至更高，切削压力也很大。因此，陶瓷刀具的磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果，其磨损机制主要包括磨料磨损、粘结磨损、化学反应、扩散磨损、氧化磨损等。陶瓷刀具的磨损
与切削条件密切相关，在高速切削时以高温引起的粘结磨损、化学反应、氧化磨损和扩散磨损为主。
Al2O3基陶瓷刀具在连续高速切削钢件时，其磨损机制主要为伴有微崩刃的磨料磨损和粘结磨损；而在高速切削铸铁时，磨损机制主要为磨料磨损。
用Al2O3/SiCw陶瓷刀具高速加工Inconel718高温合金时，刀具的主要磨损机制为粘结磨损、化学反应和扩散磨损，因此用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel718时必须使用切削液（含氯化石蜡的切削液效果更好）。用Al2O3/ZrO2和Al2O3/TiCN 陶瓷刀具加工AISI4337钢时，前刀面与后刀面的磨损机理有所不同：化学反应及塑性变形是前刀面磨损的主要原因；后刀面的磨损机理则是陶瓷颗粒间发生断裂，导致陶瓷颗粒脱落所致。
Al2O3/TiB2陶瓷刀具加工高强钢和淬硬钢时具有较好的耐磨性，且刀具的耐磨性能随着TiB2含量的增加而增强。Al2O3基陶瓷刀具在高速切削时，刀具表层有时会发生塑性变形现象，这是由于Al2O3与FeO（钢表面氧化产物）或MgO（陶瓷添加剂）反应形成了尖晶石结构，或者是Al2O3与SiO2、CaO作用形成了低熔点、低硬度的化合物。
Si3N4基陶瓷刀具高速切削铸铁时的主要磨损机制为化学磨损。虽然化学磨损本身在陶瓷刀具的总磨损量中所占比例一般并不大，但化学作用可使机械磨损的程度大大加剧，如化学溶解及扩散作用会引起陶瓷表面强度减弱，加剧刀具与工件间的粘结，从而导致严重的粘结磨损和微观断裂磨损。切削钢件时，Si3N4陶瓷刀具的磨损主要与刀具和工件间的化学作用有关，由于Si3N4颗粒的化学溶解及不断被从玻璃相中拔出，使Si3N4陶瓷刀具表现出很高的磨损率。Si3N4陶瓷刀具高速切削钢件时的高磨损率主要可归因于以下两种因素：①Si3N4氧化而在刀具表面形成的SiO2层不断被磨去；②SiO2与工件表面的FeO形成低熔点的共晶混合物。
2）立方氮化硼刀具
立方氮化硼（CBN）是氮化硼的致密相，聚晶立方氮化硼（PCBN）则是由CBN微粉与少量粘结相（Co，Ni或TiC、TiN、Al2O3）在高温高压下烧结而成。
PCBN 组织中各微小晶粒呈无序排列状态，因此PCBN硬度均匀，无方向性，具有一致的耐磨性和抗冲击性，并有很高的硬度和耐热性（1300～1500℃）、优良的化学稳定性和导热性以及低摩擦系数，而且PCBN与Fe族元素亲和性很低，因此它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。PCBN的CBN含量、晶粒尺寸、粘结相等均会影响其性能：CBN含量越
高，PCBN的硬度和导热性也越高；CBN晶粒尺寸越大，其抗破损性越弱，刀刃锋利性越差；采用金属材料Co、Ni作为粘结相时，PCBN有较好的韧性和导电性，采用陶瓷材料作为粘结相时则具有较好的热稳定性。
PCBN刀具高速切削铸铁时主要发生化学磨损，导致前刀面出现月牙洼磨损。试验证明，通过改变CBN含量和刀具几何参数，以降低切削温度和减小刀?屑接触长度（时间），可减小化学磨损速率，避免前刀面月牙洼磨损。一般认为，CBN刀具的磨损是由于切削过程中的高温、高压、切屑与前刀面间的摩擦以及工件材料中有关化学元素与之发生粘结、亲和而引起的，即其磨损机制主要包括：①氧化磨损和相变磨损。CBN刀具高速切削时的平均切削温度可达1000～1200℃，在此高温下，即使在常压和空气气氛中也足以使CBN刀具刀尖区产生氧化、放氮甚至相变。而CBN刀具一经氧化和相变即会丧失其切削能力。②粘结磨损。在一定压力和高温条件下，刀尖与被加工材料接触区随着切屑不断流出，双方均不断裸露出新的表面。尽管CBN对Fe族元素有较高化学惰性，但对其它元素并非如此，当条件适合时，会使CBN活性增加、惰性降低，随着与合金元素的亲和倾向不断增加，将导致出现粘结磨损。这种磨损一般表现为微粒脱落，当刀尖区温度高达1200℃左右时，局部CBN 颗粒将呈现“半熔化”状态，从而使粘结磨损大大加剧。③摩擦磨损。工件与刀具之间的高速相对运动会使CBN刀具发生摩擦磨损。④颗粒剥落与微崩刃。由于CBN刀具是由无数细小的CBN颗粒构成，颗粒之间呈晶界间的精细裂纹连接，且存在不均匀的内应力，因此当高温切屑流摩擦刮研CBN刀尖时，会因工件材料硬度不均或存在硬质点所产生的微冲击而造成CBN颗粒脱落或产生微崩刃。
造成CBN刀具磨损的上述多种因素并非只是独立存在、单独作用，而是相互影响、共同加剧，如氧化磨损和相变磨损必然伴随着粘结磨损，并出现摩擦磨损、剥落磨损和微崩磨损。
（3）金刚石刀具
金刚石材料可分为天然金刚石和人造金刚石。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。近年来开发的多种采用化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石技术使天然金刚石刀具的制造变得相对容易，从而使天然金刚石刀具在超精密镜面切削领域
得到广泛应用。20世纪50年代实现了利用高温高压技术人工合成金刚石粉后，70年代制造出了金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石（PCD）刀具。PCD晶粒呈无序排列状态，不具方向性，因而硬度均匀。PCD刀具具有高硬度（8000～12000HV）、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数，刀刃非常锋利，可高速切削加工各种有色金属和耐磨性极强的高性能非金属材料，如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。目前正在研究和开发的化学气相沉积（CVD）金刚石主要有两种形式：一种是在基体上沉积厚度小于30μm的薄层膜（CVD薄膜）；另一种是沉积厚度达1mm
的无衬底金刚石厚层膜（CVD厚膜）。
三种主要的金刚石刀具材料???PCD、CVD厚膜和人工合成单晶金刚石的性能比较结果为：PCD的焊接性、机械磨削性和断裂韧性最高，抗磨损性和刃口质量居中，抗腐蚀性最差；CVD厚膜的抗腐蚀性最好，机械磨削性、刃口质量、断裂韧性和抗磨损性居中，可焊接性最差；人工合成单晶金刚石的刃口质量、抗磨损性和抗腐蚀性最好，焊接性、机械磨削性和断裂韧性最差。目前，金刚石刀具是高速切削（2500～5000m/min）铝合金较理想的刀具材料，但在高速切削钢铁及其合金时却磨损较快，其磨损机理主要是由于碳与铁具有较大亲和作用，尤其在高温下金刚石易与铁发生化学反应，因此它不适于切削钢铁及其合金材料。
（4）金属陶瓷刀具
金属陶瓷（即TiC（N）基硬质合金）的主要成分为TiC（碳化钛）、TiN（氮化钛）和TiCN（碳氮化钛）等。TiC（N）基硬质合金包括具有高耐磨性的TiC+Ni（或Mo）合金、具有高韧性的TiC+WC+TaC+Co合金、以TiN为主体的强韧合金和TiCN+NbC高强韧合金等。与WC硬质合金相比，金属陶瓷的硬度、强度、韧性、抗塑性变形和抗崩刃性能等均有显著改善，尤其是高温强度、高温硬度、导热性、抗氧化性和抗热震性能得到提高，与钢的亲和力小，摩擦系数小，抗月牙洼磨损和抗粘结能力强，现已发展成为独立系列的一类刀具材料。近年来开发的高氮含量、具有均匀微细硬质组织的TiC（N）基硬质合金具有良好的抗磨损性能和抗崩刃性，适于在200～400m/min的高速下切削普通钢和合金钢，也可用于铸铁的精加工。由于TiC的抗粘结、抗扩散性能较好，所以耐磨性好，但抗塑性变形能力较差，在对高硬材料进行高速切削时常因刀刃的塑性变形而导致刀刃损坏。
5）涂层刀具
涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能，因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损
能力。涂层的摩擦系数较低，能有效降低切削时的切削力及切削温度，因而可大大提高刀具耐用度。TiC涂层的硬度高、耐磨性好，适用于可能产生剧烈磨损的刀具；TiN涂层与被切削金属的亲和力小、润湿性好、抗氧化性强，适用于容易发生粘结磨损的刀具；Al2O3涂层在高温下具有良好的热稳定性，适用于高速切削时产生大量切削热的刀具。目前应用较广泛的主要是在硬质合金和高速钢刀体上涂覆不同的氮化物、氧化物和硼化物等，其中氧化铝（Al2O3）、碳氮化钛（TiCN）、氮化铝钛（TiAlN）、碳氮化铝钛（TiAl-CN）等涂层具有优异的高温性能。WC基、TiC（N）基硬质合金和陶瓷等材料都可作为涂层刀具的基体。
涂层技术发展很快，目前已从单涂层发展为多涂层。应用较广泛的涂层工艺有化学气相沉积法（CVD法）和物理气相沉积法（PVD法）。PVD法主要用于高速钢刀具涂层；CVD 法和PVD法均可用于硬质合金刀具涂层。PVD法涂层的硬质合金刀具有较好的抗破损性能，适于断续切削，但耐磨性不如CVD法涂层的硬质合金刀具。目前适用于高速切削的硬质合金涂层刀具的涂层物质主要有采用CVD法的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+
Al2O3+HfN、TiN+Al2O3、TiCN等和采用PVD法的TiAlN/TiN复合涂层、TiAlN等。选用不同涂层物质的硬质合金涂层刀具可以200～400m/min的切削速度加工钢、合金钢、不锈钢、铸铁、合金铸铁等。
近年来开发的氮化碳（CNx）和其它氮化物（TiN/NbN、TiN/VN等）涂层在高温下具有良好的热稳定性，适合于高速切削。
日本近年开发的纳米TiN/AlN复合涂层铣刀片的涂层层数达2000层，每层厚度为
2.5nm，可在高速下进行切削。涂层刀具用于高速切削时，由于切削温度较高，可使涂层与基体的结合强度削弱，容易产生剥落、崩碎等损伤。
4高速切削刀具的磨损寿命
高速切削时，应根据加工方法和加工要求确定合理的刀具磨损寿命（极限）。影响高速切削刀具磨损寿命的因素较多，如工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何形状、切削用量、冷却液、振动等对刀具磨损寿命都有显著影响，其影响规律与具体切削条件有关，应通过切削试验来确定各相关因素对刀具磨损寿命的影响效应。下面给出几个高速切削加工实例及相应的刀具磨损寿命。
（1）铸铁的高速切削加工
在铸铁的高速切削加工中，正确选择刀具材料是提高加工效率的关键。适用于高速切削铸铁零件的刀具材料主要有超细晶粒硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和涂层刀具等。陶瓷刀具是高速切削铸铁的理想刀具之一，其价格比PCBN刀具低廉得多，其高速切削铸铁的切削性能则远远优于硬质合金刀具。用Sialon 陶瓷刀具和Si3N4陶瓷刀具车削和铣削普通铸铁时，在相同切削条件下，Sialon陶瓷刀具车削时的磨损量较小，而Si3N4陶瓷刀具铣削时的磨损量较小。这说明Sialon陶瓷刀具适用于高速连续切削，而Si3N4陶瓷刀具适用于高速断续切削。
（2）淬硬钢的高速切削加工
在相同切削条件下（切削进给量0.1mm/r，切削深度0.2mm，刀具磨钝标准VB=0.2mm）分别采用P10硬质合金刀具、陶瓷刀具和CBN刀具加工AISI4340工件材料（硬度60HRC）时，硬质合金刀具的工作寿命最低，这是由于工件材料硬度很高，导致加工时的切削力和切削温度较高，造成硬质合金刀具迅速磨损、剥离乃至断裂破损。陶瓷刀具和CBN刀具的工作寿命随着切削速度的提高而增加，当达到最大临界值后则开始降低。出现这一现象的原因可能是当切削速度增加时，刀具粘结层厚度增加，形成一层保护膜，有利于减小刀具磨损，从而提高了刀具寿命；但当切削速度进一步提高时，刀具表面层将变软，容易被工件材料中的硬质点磨耗掉，从而加剧了刀具磨损，造成刀具寿命迅速降低。
（3）镍基合金的高速切削加工
选用Si3N4陶瓷刀具和Si3N4-TiC陶瓷刀具（刀具几何参数分别为-5°，-6°；5°，6°；15°，15°；0.8mm）高速车削镍基合金Inconel718工件（直径150mm，硬度440HV）。切削进给量0.19mm/r，切削深度0.5mm，切削速度30～300m/min，使用水基冷却液（冷却速度4l/min）。由Si3N4陶瓷刀具的磨损形态和磨损量在切削长度为50m时与切削速度的关系可见，边界磨损量VN的变化较为独特：当切削速度较低时，VN随切削速度的增加而减小；当切削速度超过100m/min时，VN则随切削速度的增加而增大；当切削速度超过150m/min 时，VN又随切削速度的增加而减小。
后刀面磨损量VB在整个切削速度范围内均小于边界磨损量VN。用添加了TiC的Si3N4-TiC
陶瓷刀具加工Inconel718时，由刀具的磨损形态和磨损量与切削速度的关系可见，刀具的磨损形态和磨损规律与Si3N4陶瓷刀具非常相似，但磨损量小于Si3N4陶瓷刀具。
对于高速切削刀具，除应考虑其静态特性外，还应考虑其动态特性。随着刀具悬伸量的不同，可能使刀具系统（刀柄?刀体?刀片等）的固有频率与因每个刀齿切削不均产生的刀齿宽频带激振的频率（或其谐波分量）一致，从而产生颤振，引起刀具剧烈磨损，甚至发生破损。
5结语
本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损形态和磨损机理进行了综合评述。不同种类的刀具材料高速切削加工不同的工件材料时，其磨损形态和磨损机理也各不相同。对影响高速切削刀具磨损寿命的因素进行了综合分析，研究结论对实际加工中高速切削刀具的合理选用及磨损控制具有指导、参考和借鉴作用。
刀具在加工过程中的磨损以及应对策略 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 刀具磨损是切削加工中基本的问题之一。了解刀具磨损的情况和原因，可以帮助刀具制造商以及用户延长数控刀具寿命。现在的数控刀具都会采用涂层技术（包括采用新的合金元素），这进一步有效的延长了刀具的使用寿命，同时可以显著提高生产率。 一、刀具磨损机理介绍 在金属切削加工中，产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦，使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。 切削力的大小往往会上下波动，主要取决于不同的加工条件（如工件材料中存在硬质成份，或进行断续切削）。因此，为了在切削高温下保持其强度，要求刀具具有一些基本特性，包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。
尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素，但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过，切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。 通常可以假定，在切削中产生的能量被转化为热量，而通常这些热量的80％都被切屑带走（这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度）。其余大约20％的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时，刀具温度也可能会超过550℃，这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的高温度。用聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削淬硬钢时，刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。 二、刀具磨损与刀具寿命 刀具磨损通常包括以下几种类型：①后刀面磨损；②刻划磨损；③月牙洼磨损；④切削刃磨钝；⑤切削刃崩刃；⑥切削刃裂纹；⑦灾难性失效。 对于刀具寿命，并没有被普遍接受的统一定义，通常取决于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终止点的一种方式是设定一个可以接受的后刀面磨损极限值（用VB或VBmax表示）。刀具寿命可用预期刀具寿命的泰勒公式表示，即VcTn=C，该公式的一种更常用的形式为VcTn×Dxfy=C式中，Vc为切削速度；T为刀具寿命；D为切削深度；f为进给率；x和y由实验确定；n和C是根据实验或已发表的技术资料确定的常数，它们表示刀具材料、工件和进给率的特性。
盾构刀盘磨损及刀具更 换 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-
15 刀具使用维护及更换 一般规定 15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。 在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。 施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。 应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。 北京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。 刀盘及刀具的选择 15.2.1 刀头材质的选择
1刀具一般采用真空烧制的E 5 类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀 具宜采用耐磨能力是E 5两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E 3 类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60； 3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。 刀头种类及型状： 1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。 刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。 在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。
刀具为什么会磨损 刀具磨损是指刀具摩擦面上的刀具材料逐渐损失的现象。刀具磨损的形态一般有以下两种情况，有时是两种磨损兼有： 刀具磨损 前刀面磨损 当切削塑性材料时，切削厚度和切削速度都比较大时，切屑在前刀面会磨损出洼凹，这个洼凹称“月牙洼”。“月牙洼”产生的地方是切削温度最高的地方。 后刀面磨损 由于切削刃的刃口钝圆半径对加工表面的挤压与摩擦，在切削刃的下方会磨损出一条后角等于零的沟痕，这就是后刀面磨损。在切削速度较低、切削厚度较小的情况下，切削脆性材料时，将会发生后刀面的磨损。 影响刀具磨损的几种原因 1、刀具材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低https://www.doczj.com/doc/8b16891857.html,版权所有，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的;对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的; 2、刀具的几何角度 石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺; (1)前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。 (2)后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低https://www.doczj.com/doc/8b16891857.html,版权所有，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。 (3)螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最
常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析 1引言 从20世纪80年代开始，由于数控机床的主轴、进给系统等功能部件设计制造技术的突破，数控机床的主轴转速和进给速度均大幅度提高，在现代制造技术全面进步的推动下，切削加工技术开始进入高速切削的新阶段。目前，高速切削已在模具、航空、汽车等制造业领域得到了大量应用，产生了显著的经济效益，并正向其它应用领域拓展。高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。研究表明，高速切削时，造成刀具损坏的主要原因是在切削力和切削温度作用下因机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和破损。因此，对高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以及抗涂层破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性，当其韧性得到改善后，非常适合用于高速切削。先进涂层技术的发展进一步改善了刀具材料的性能。目前，新型涂层材料和涂层工艺的开发方兴未艾，预示着涂层刀具在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前景。 本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损机理进行了综合评述，对刀具的磨损形态和磨损寿命进行了分析，这些研究将有益于实际生产加工中对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。 2高速切削刀具的磨损形态 高速切削时，刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。 后刀面磨损是高速切削刀具最经常发生的磨损形式，可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能，在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度VB值作为刀具的磨损极限。 微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口，常发生在断续高速切削时，通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施，均可减小微崩刃的发生概率。通常只要将刀具微崩刃的大小控制在磨损限度以内，刀具仍可继续切削。
刀具磨损的几种原因 2009-09-10 11:37 刀具坚硬，可随着使用时间推迟，刀具也会有一定磨损，影响刀具磨损几种原因有哪些呢？通过汇总得出了几种原因。 1、刀具材料 刀具材料决定刀具切削性能根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度韧性一对矛盾，也刀具材料所应克服一个关键。对于石墨刀具，普通TiAlN涂层可选材上适当选择韧性相对较好一点，也就钴含量稍高一点；对于金刚石涂层石墨刀具，可选材上适当选择硬度相对较好一点，也就钴含量稍低一点； 2、刀具几何角度 石墨刀具选择合适几何角度，有助于减小刀具振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺； （1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击摩擦性能好，随着负前角绝对值减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。 （2）后角，如果后角增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。 （3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件刃长最长，切削阻力最大，刀具承受切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力切削振动都最大。当螺旋角去较大时，铣削合力方向偏离工件表面程度大，石墨材料因崩碎而造成切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力切削振动影响前角、后角及螺旋角综合产生，所以选择方面一定要多加注意。 通过对石墨材料加工特性做了大量科学测试，PARA刀具优化了相关刀具几何角度，从而使得刀具整体切削性能大大提高。 3、刀具涂层 金刚石涂层刀具硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层石墨加工刀具最佳选择，也最能体现石墨刀具优越使用性能；金刚石涂层硬质合金刀具优点综合了天然金刚石硬度硬质合金强度及断裂韧性；但国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本投入都很大，所以金刚石涂层近期不会有太大发展，不过我们可以普通刀具基础上，优化刀具角度，选材等方面改善普通涂层结
车床上切削时刀具的磨损一般是在高温高压条件下产生的，因此，形成刀具磨损的原因就非常复杂.它涉及到机械、物理、化学和金相等的作用。 现将其中主要的原因简述如下: 1.磨拉磨损切削过程中，切屑底层、工件加一表面上的一些硬度极高的微小硬质点，可在刀具的表面上刻出沟痕。这些硬质点对刀具的作用相当于砂轮中的磨粒的作用，所以称其为磨粒磨损。硬质点有碳化物(如FeC,TL,VC等)、氮化物(如TIN,SiM等)、氧化物(如SD，A里Oe等)和金属问化合物等。磨粒磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、板牙等磨粒磨损是刀具磨损的主要原因。高速钢刀具的硬度和耐磨性低于硬质合金、陶瓷等，故其磨粒磨损所占的比贡较大。 2.粘结磨损切屑与刀具前刀面、工件加下表面与刀具后刀面之问在高温高压作用下接触.接触面问吸附膜被挤破，形成了新鲜表面接触，当接触面问隙达到原子问距离时就产生粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动时在粘结处产生剪切破坏造成的。通常剪切破坏在强度较低的切屑一方.但刀而在摩擦、压力和温度连续作用下强度降低，也会破坏。此外，当前刀面上粘结的积屑瘤脱落后，会带走刀具材料.从而形成粘结磨损。粘结磨损的程度与压力、温度和材料问亲合程度有关。如在低速切削时，由于切削温度低，故粘结是在正压力作用下由接触点处产生的M性变形所造成，亦称为冷焊。在中速切削时，由于切削a度较高，促使材料软化和分子问的热运动，更易造成粘结。用T类硬质合金加工铁合金或含铁不锈钢时，在高温作用下伙元素之问会产生亲合作用.从而也会产生枯结磨损。所以低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损因素。 3.扩散磨损扩一散磨损是在高温下产生的。在切削金属时，金属与刀具接触，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了原材料的成分与性能，使刀具材料变脆，从而加剧了刀具的磨损。例如，用硬质合金切削钢材时，从800℃左右开始，硬质合金中的W,Co和C原子向钢中扩散，同时钢中的Fe原子向刀具中扩一散，使刀具表面形成新的低硬度、高脆性的复合碳化物，且由于Co含量的降低.刀具材料的粘结强度降低.从而降低了刀具表面的强度和硬度，加剧了刀具磨损。 4..相变磨损当刀具上最高温度超过材料相变盆度时，刀具表面金相组织会发生变化，如马氏体会转变为奥氏体.使硬度下降，磨损加剧。下具钢刀具在高温时易产生相变磨损。它们的相变沮度是:合金钢为300-3501C，高速钢为550-6001C.相变磨损严重时会造成刀面的塌陷和切削刃卷曲。 本文由斗式提升机https://www.doczj.com/doc/8b16891857.html, XSX提供转载请注明
课题切削用量三要素 教学目标1、了解切削用量三要素。 2、掌握切削用量计算公式。 教材分析重点削用量三要素、切削用量计算公式、切削用量的初步选择难点切削速度及其计算公式 教学方法讲授法教学用具 教学过程 切削用量是指背吃刀量p a qqqqc(或切削深度)、进给量f （或进给速度v f ）、切削速度c v三者的总称，也称为切削用量三要素。它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。 一、背吃刀量（p a ）(或切削深度) 背吃刀量是指切削时已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，用符号ap 表示，单位为mm。 思考题：现有Φ30的毛坯，一次走刀加工成Φ26，试问背吃刀量是多少？ p a =(30-26)/2=2mm 背吃刀量的选择： 余量不大，一次走刀切除多余的材料，只留下精加工余量。 1、粗加工 余量太大，可分多次切削，但第一次的背吃刀量尽可能大。 2、精加工粗加工后留下的余量，精加工时应一次进给切削完成。 2 m w p d d a - = w d：待加工表面直径mm m d：已加工表面直径mm
c v 教 学 过 程 二、进给量（f ）（或进给速度 v f ） 进给量是指刀具在进给方向上相对工件的位移量，即工件每转一圈,车刀沿进给方向移动的距离，用符号 f 表示，单位为 mm/r ，如图所示。 进给量的选择： 1、为了缩短加工时间，提高效率： 粗加工时应选用较大的进给量。 2、为了保证表面质量及加工精度： 精加工时应选用较小的进给量。 三、切削速度（c v ） 切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，用符号c v 表示，单位为m/min 。当主运动是旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度，即: ——切削速度，m/min n ——主轴转速，r/min d ——工件待加工表面直径，mm π ——圆周率， 3.14 例1：车削直径为50mm 的工件，若选主轴转速为600r/min ，求切削速度的大小？ 解：由公式得： 练习： 车削直径为300mm 的铸铁带轮外圆，若切削速度为60m/min ，求车床主轴转速？ 解：由公式 得： d v n c π1000=min /2.94min /1000 5014.36001000m m d n V c =??==πmin /69.63min /300 14.36010001000r r d v n c =??==π
刀具破损的主要形式及其产生的原因有以下几个方面 (1)后刀面磨损后刀面磨损是由机械交变应力引起的出现在刀具后刀面上的摩擦磨损。如果刀具材料较软，刀具的后角偏小，加工过程中的切削速度偏高，进给量太小，都会造成刃具后刀面的磨损过量，并由此使得加工表面的尺寸和精度降低，增大切削中的摩擦阻力。因此应该选择耐磨性较高的刀具材料，同时降低切削速度，加大进给量，增大刀具后角。如此才能避免或减少刀具后刀面磨损现象的产生。(2)边界磨损主切削刃上的边界磨损常发生于与工件的接触面处。 主要原因是工件表面硬化、微信公众号：hcsteel锯齿状切屑造成的摩擦。解决措施是降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具材料，并增大刀具的前角，使切削刃锋利， (3)前刀面磨损前刀面磨损是在刀具的前刀面上由摩擦和扩散导致的磨损。 前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触，以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过软，加工过程中切削速度较高，进给量较大，也是前刀面磨损产生的原因。前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃的强度。应该采用降低切削速度和进速度，同时选择涂层硬质合金材料，来达到减小前刀面磨损的目的。 (4)塑性变形塑性变形是切削刃在高温或高应力作用下F产生的变形。 切削速度和进给速度太高以及工件材料中硬点的作用，刀具具材料太
软和切削刃温度较高等现象，都是产生塑性变形的主要原因。塑性变形的产生会影响切屑的形成质量，并导致刀具崩刃。可以通过采取降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高和导热性能好的刀具材料等措施，达到减少塑性变形的目的。 (5)积屑瘤积屑瘤是指工件材料在刀具上的黏附物质 积屑瘤的产生会大大降低工件表面的加工质量，会改变切削刃的形状并最终导致切削刃崩刃。采取的对策是提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等刀具材料，并在加工过程中使用冷却液。 (6)刃口剥落刃口剥落是指切削刃口上出现一些很小的缺口，非均匀的磨损。 主要由断续切削、切屑排除不畅等原因造成。应该在加工时降，低进给速度、选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片，来避免刃口剥落现象的产生。 (7)崩刃崩刃将损坏刀具和工件。 主要原因有刀具刃口的过度磨损和较高的加工应力，也可能由于刀具材料过硬、切削刃强度不足以及进给量太大造成。刀具应该选择韧性较好的合金材料，加工时应减小进给量和切削深度，另外还可选择高强度或刀尖圆角较大的刀片。 (8)热裂纹由于断续切削时的温度变化而产生的垂直于切削刃的裂纹。 热裂纹会降低工件表面的加工质量，并导致刃口剥落。刀具应该选择韧性好的合金材料，同时在加工中减小进给量和切削深度，并进行干
盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈 摘要：造成刀盘和刀具的磨损是多方面的，而且很多都是不能定量分析的，但是只要综合土层性质、掘进参数、正确使用泡沫剂、适时开仓检查刀具和汲取以往的经验教训，就可能将刀盘和刀具的磨损量降到最小，从而达到保护刀盘、刀具的目的。 关键词：盾构机；刀盘；刀具；磨损 随着地铁建设的发展，盾构工法在地铁建设中起到了越来越重要的作用。它的优越性，实际上是得益于盾构机技术的发展，正所谓“工欲善其事，必先利其器”。盾构机之所以特别重要是因为它与其它施工机械不一样，它被形象地称为“度身定做”（taitor-made）的[1]。所谓“度身定做”度的什么身呢？就是根据特定的施工环境这个“身”来制造与之相适应的特定的盾构机。在盾构机选型中刀具的选择又是重中之重，要根据地质情况选择相匹配的盾构机，盾构机刀盘刀具布置是盾构机配置的最重要的部分。在实际施工过程中，若区间较长，需要进行开仓检查刀具和换刀，确保盾构机能够顺利到达出洞。笔者对深圳地铁2号线后海站～科苑站区间盾构隧道刀盘、刀具磨损情况进行了总结分析，可为类似工程盾构机刀具选型提供参考。 1工程概况 深圳地铁2号线是深圳市优先发展的轨道交通线路，是连接城市中心区与蛇口、南头半岛的纽带，也是特区内东西向交通走廊内的第二条轨道客运干线，沿途将经过蛇口、后海开发区、南山商业文化中心和深圳湾填海区，串联了上述片区主要的居住区和商业文化密集区，满足了南山与福田、罗湖二级客运走廊的客运需求。地铁2号线建成后在深圳世界之窗站与1号线换乘，将直接为300万以上的市民提供安全便捷的交通服务，能有效缓解南山区的交通压力。深圳地铁二号线某标段土压盾构机从后海站向科苑站方向掘进。本区间左、右线隧道平面最大曲线半径为1000m，最小曲线半径为400m，左、右线线间距13.2m～14.2m，区间隧道最大线路纵坡为28‰，最小纵坡为2‰，竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m，隧道拱顶埋深为10m～15m。 2地质概况 区间场地原始地貌为滨海相潮间带（滩涂），后经软基处理由填海而成。由钻探揭示，覆土表层为人工填筑的素填土（填石、填砂），其下为第四系全新统海积淤泥、砾砂（含淤泥）、冲洪积粘土、砾砂，第四系上更新统冲洪积淤泥质
课题：切削三要素对表面粗糙度的影响 （说课稿） 教学内容：科学出版社《数控加工工艺基础》第二章第三节切削要素 适用年级：数控专业二年级年级（下期） 课型：新授课 计划用时：90分钟 总体设计思路：本次课将采用实验验证法，通过让学生在做中探索、分析、解决实际问题。从而达到培养学生的分析问题，解决问题的能力，另一方面还能培养学生的安全意识，全程分理论和实作验证两部分进行。 设计理念：以突出对学生学习方法和衍生实践技能的培养，体现“做中学、做中教” 的职业教育特点，让学生养成动手动脑的习惯。 一、专业分析 数控加工业是一个国家的基础行业，近些年来，世界制造加工业中心逐渐向中国转移，这使得我国的数控加工产业获得了飞速的发展，至此人才的需求急剧增加。 数控加工过程就是获得零件的形状，尺寸和表面质量，而这些东西就需要合理选择切削三要素来保证，其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本对于一个企业来讲至关重要，所以说学生掌握了切削三要素的合理选择就掌握了在今后工作当中的主动性。， 二、教材分析： 本课程是数控加工专业的核心课程之一，是一门综合性很强的课程，主要培养学生数控加工的能力，重视实践能力培养，突出职业技术教育特色，根据数控类专业毕业生从事职业的实际需求，合理确定学生应具备的能力结构与知识结构，加强实践性教育内容，以满足企业对技能型人才的需求。从而为毕业后从事数控专业工作做好知识与能力的准备。 本节内容在教材中理论性太强，过于抽象学生不容易理解和掌握，因此在设计本节课时，我做了如下处理:基本理论讲解后让学生在实践验证中去理解合理选择三要素对工件粗糙度的影响。 【知识与能力目标】 知识目标： 1、让学生正确理解切削三要素的概念及合理选用的原则。 2、让学生掌握切削用量计算公式 能力目标： 让学生能根据本节课所学内容，在实践加工过程中合理的选择三要素。 【情感、态度、价值观目标】 培养学生具有良好的社会责任感与团队合作精神；具有良好的职业道德与操守。 三、学情分析： 心理特征分析：本次课授课对象为二年级数控3班学生，该班学生思维较活跃，学习氛围较浓，但中专班的学生普遍存在对学习理论兴趣不大，学习中遇到困难不愿意动脑去思考
在切割过程中建模与仿真刀具的磨损 摘要 对于研究了不同刀具的磨损类型实验和分析方法仍然是主要方式。 数值方法和模拟的快速进步，联系到越来越强大的计算机的存在可能会使用有限元法研究刀具磨损。 这项工作的主要目的是提出一种新的方法来预测在切割过程中刀具磨损的操作。 特别是，能源的消耗，连接刀具磨损量与摩擦消耗所使用的能量。另外， 在诱导切削残余应力和由于磨损的机理使工具几何形状变化之间的相互作用做调查。 为了进行这项研究中，它被提交到刀具磨损的测量实验中，特别是在失量切割中。正交切削操作使用商用有限元软件ABAQUS/ Explicit的数值模拟。 ?2013的作者。由Elsevier B.V. 发布。 根据第14届CIRP大会上的国际科学委员会负责选择和同行审查在会议的人的 加工操作。 关键词：刀具磨损;数值模拟;切割;切屑形成; 1.介绍、 刀具磨损在加工操作中对经济有很大的影响同时也影响表面加工完整性。事实上，刀具磨损影响刀具寿命和最终产物中的残余应力的质量。对于这些raisons对刀具的磨损很多调查都能在文献[1-2-3]中找到。刀具在正交切削下的磨损模拟的开发要么是验证磨损的机理。要么是在这些模拟中，研究人员往往会更好地理解刀具磨损的残余应力对最终产物的影响[4]。在一些研究[5-6]的在一个子程序实现刀具磨损模型，是相对的像磨损和扩散特定的磨损机理磨损。因此，在本次调查中，具体机制被认为在很大程度上影响了磨损现象。事实上，刀具的磨损受几个不同类材料的附着力、侵蚀、腐蚀、磨料和断裂。在切割过程中，刀具几何形状的改变受刀具磨损的影响。此更新的刀具几何形状主要是参照，在数值仿真，通过该工具面节点的运动[7]。这个方法是使用一个特定的子程序的评估切削变量，如温度，正常压力，并且在正交切削模拟中每个节点工具滑动的距离。在这之后，其他子程序启动征收节点的运动。 现有磨损模型可分为两个类型：第一种是切削参数、刀具寿命型，这样的泰勒公式，第二个是切割过程中的变量通常是基于一个或若干磨损机制[8]。这个模型无力的，因为，一方面，磨损现象被建模为不连续的现象的时间而不是真实的情况。在另一方面，它是在实施的的限制磨损机理，即磨损问题降低到1或2的磨损机制。 磨损接触的现象说明了通过形成之间的关系微动系统碎片和摩擦中消耗的能量。这个耗能是更加可控制在接触区中使用量方面[9]。这种方法是实验性的，一个摩擦磨损试验机，用于量化接触力的值，然后将能量耗散因摩擦以及与它链接遗失的能量耗散在这个区域 [10]。 由于这些原因，本文提出了一种新的的方法，它提供了不仅是一个全球性的建模磨损现象，而且还是两个组合方面，正交的切割的配置中工具的磨损和在最终产物中的残余应力的影响。 为了带领这项研究中，提出的方法有三个不同的部分。在第一部分中，一个工磨损由测量呈现。此后，能量办法提出修改后用于在应用程序中正交切削。一种数值模拟正交切割操作正在开发，使用了商用的有限元软件ABAQUS/ Explicit。最后一部分，包括刀具磨损演变的数值结果在仿真和结论。 2.实验测试 在实验测试中，进行验证有限元模型，并测量渐进刀具磨损，包括转制成42CD4与操作
常用的刀具磨损检测方法比较 篇一：刀具的磨损和耐用度浅谈 刀具磨损和耐用度浅谈 刀具在切削金属的同时，本身也逐渐被磨损。当磨损到一定程度时，就需要更换刀具，否则会产生降低加工表面质量等不良后果。让我们先来看看刀具的磨损过程：常用的高速钢和硬质合金钢刀具的磨损过程如图所示，它反映了切削时间和刀具磨损之间的关系。正常磨损 后刀面磨损初期磨损 切削时间/ 1．初期磨损阶段 在该阶段中，由于是新刃磨的刀具，刀后面粗糙不平，后面与工件过渡表面间的实际接触面很小，压力大，磨损速度很快。初期磨损量与刀具刃磨质量有关，经过研磨的刀具初期磨损量小。 2．正常磨损阶段 刀后面经过初期的磨损后，粗糙度值降低，与工件过渡表面实际接触面积增大，压力减小，刀刃仍然比较锋利，磨损速度比较缓慢。该阶段切削过程平稳，持续时间长，是刀具的有效工作阶段。 3．急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后，刃口变钝，摩擦力增大，切削力和切削温度迅速上升，刀具材料的性能下降，引起刀具迅速磨损，直至完
全丧失切削性能。所以在切削过程中应避免刀具发生急剧磨损。 刀具的磨损过程又可看为刀具的钝化过程 从上述磨损过程可以看出，刀具在正常磨损阶段即将结束前，刀具必须及时重磨或可转位刀片转换刀刃。否则不仅会损坏刀具，而且会使工件的加工质量变坏。此时的刀具磨损量称为刀具的磨损限度。国家标准规定，把刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后面磨损量VB值作为刀具的磨损限度，即磨钝标准。因为刀具磨损后，切削力将增大，在柔性加工系统中，经常用切削力的某一数值作为刀具磨钝标准，以实现对刀具磨损状态的自动控制。 在实际生产中，采用与磨钝标准队赢得切削时间，即刀具耐用度来表示刀具已经磨钝，到了该换刀具的时候。所谓刀具耐用度，是指新磨好的刀具，由开始切削直到磨损量达到磨钝标准的总切削时间，用字母t表示，单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。 粗加工时，多为切削时间表示耐用度。例如，目前高速钢镗刀的耐用度为30~60min；硬质合金铣刀的耐用度为120~180min。高速钢钻头的耐用度为80~120min；成形刀具耐用度为200~300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。 用刀具耐用度衡量磨损量的大小，比直接测量磨损量方便的多，因而在生产中广泛采用。刀具寿命则是指一把新刀从使用到报废为止的总的切削时间，它是刀具耐用度与磨刀次数的乘积。 篇二：刀具磨损原理及耐磨设计
15刀具使用维护及更换 一般规定 15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行， 刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。 在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式 以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计 划。 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可 能换刀位置。 施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀 盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑 这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体 振动状态等，分析其原因，采取应对措施。 应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。北 京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查 和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。 刀盘及刀具的选择 15.2.1刀头材质的选择 1 刀具一般采用真空烧制的 E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是 E5两倍的所谓 SINTER－ H1P真空烧制的 E3类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆 焊层硬度宜高于 HRC60 ；
3采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。 刀头种类及型状： 1主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择 切入角度； 2主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把 尺寸较大的鱼尾刀。 4盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂 卵石地层时宜采用。 5仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形 超挖切削创造所需空间。 刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高 低差一般为 20mm～ 30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用 装卸容易的方法进行安装。 在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间， 以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。 刀具磨损的预测及检测方法 必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施 工能顺利进行。 刀具磨耗量的预测 最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算：
15 刀具使用维护及更换 15.1 一般规定 15.1.1地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。 15.1.2 在定购盾构机时，应充分考虑地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足地铁盾构施工的需要。 15.1.3 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。 15.1.4 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。 15.1.5施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。 15.1.7应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。15.1.8地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。 15.2 刀盘及刀具的选择 15.2.1 刀头材质的选择 1刀具一般采用真空烧制的E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是E5两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E3类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60； .资
3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。 15.2.2 刀头种类及型状： 1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。 15.2.3 刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。 15.2.4 在地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。 15.3 刀具磨损的预测及检测方法 15.3.1必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施工能顺利进行。 15.3.2刀具磨耗量的预测 最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算： .资
刀具磨损的研究现状及发展 简要：刀具磨损是切削加工中最基本的命题之一。定义和了解刀具磨损，可以帮助刀具制造商和用户延长刀具寿命。此外，当今的刀具涂层技术(包括采用新的合金元素)提供了进一步延长刀具寿命的有效手段，同时可以显著提高生产率。 关键字：刀具磨损研究发展 刀具磨损机理： 在金属切削加工中，产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦，使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。 切削力的大小往往会上下波动，主要取决于不同的加工条件(如工件材料中存在硬质成份，或进行断续切削)。因此，为了在切削高温下保持其强度，要求刀具具有一些基本特性，包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。 尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素，但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过，切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。 通常可以假定，在切削中产生的能量被转化为热量，而通常这些热量的80%都被切屑带走(这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度)。其余大约20%的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时，刀具温度也可能会超过550℃，这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的最高温度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢时，刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。 刀具磨损与刀具寿命： 刀具磨损通常包括以下几种类型：①后刀面磨损;②刻划磨损;③月牙洼磨损;④切削刃磨钝;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂纹;⑦灾难性失效。 对于刀具寿命，并没有被普遍接受的统一定义，通常取决于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终止点的一种方式是设定一个可以接受的最大后刀面磨损极限值(用VB或VBmax表示)。 不断发展的最佳刀具基体、涂层和切削刃制备技术对于限制刀具磨损和抵抗切削高温至关重要。这些要素，加上在可转位刀片上采用的断屑槽和转角圆弧半径，决定了每种刀具对于不同的工件和切削加工的适用性。所有这些要素的最佳组合能够延长刀具寿命，使切削加工更经济、更可靠。 改变刀具基体：
《金属切削原理与刀具》试题（1） 一、填空题（每题2分，共20分） 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有、、；非金属材料有、等。 2．刀具的几何角度中，常用的角度有、、、、和六个。 3．切削用量要素包括、、三个。 4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切削类型有、、和四种。 5．刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有、和三种。 6．工具钢刀具切削温度超过时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失去切削能力而使刀具磨损称为。 7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在附近，宜取和。 8．刀具切削部分材料的性能，必须具有、、和。 9．防止积削瘤形成，切削速度可采用或。 10．写出下列材料的常用牌号：碳素工具钢、、；合金工具钢、；高速工具钢、。 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题1分，共20分） √1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。 √2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。 √3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。 ×4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高速钢刀具是耐磨损的。 √5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。 √6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。 √7．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成45°夹角滑移的过程。 ×8．积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。 ×9．切屑在形成过程中往往塑性和韧性提高，脆性降低，使断屑形成了内在的有利条件。 √10．一般在切削脆性金属材料和切削厚度较小的塑性金属材料时，所发生的磨损往往在刀具的主后刀面上。 √11．刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削条件，提高刀具寿命，可以增加切削用量，提高生产效率。 √12．进给力是纵向进给方向的力，又称轴向力。 √13．刀具的磨钝出现在切削过程中，是刀具在高温高压下与工件及切屑产生强烈摩擦，失去正常切削能力的现象。 √14．所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，加工塑性金属材料时引起的。 √15．刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。 √16．粗加工磨钝标准是按正常磨损阶段终了时的磨损值来制订的。 √17．切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩裂的不规则粒状切屑，称为崩碎切屑。 √18．立方氮化硼是一种超硬材料，其硬度略低于人造金刚石，但不能以正常的切削速度切削淬火等硬度较高的材料。 √19．加工硬化能提高已加工表面的硬度、强度和耐磨性，在某些零件中可改善使用性能。
盾构软土刀具磨损计算 一，区间地质状况 某区间设计区间总长度2669.681m。盾构区间双线总长度5338m。洞身范围内土层主要为<2-4-2>淤泥质土层、<2-5-2>粗中砂层、<3-8>卵石层等。 二，盾构刀具磨损计算分析 随着盾构法施工在地铁建设中的广泛应用，刀具磨损已经成为一个影响工程质量和进度的关键问题。刀具的磨损在盾构掘进过程中不可避免，合理的布局设计需要考虑因磨损引起的使用寿命一致。参照经验公式，盾构机刀盘外圈刀具的磨损公式如下： v KDLN πδ=其中δ———磨损量，mm K ———磨耗系数mm/Km D ———盾构刀盘外径，m L ———盾构掘进距离，m N ———刀盘的转动速度，r/min v ———盾构掘进速度，mm/min 刀盘转速N=0.3-3.05r/min ；计算选用1.5r/min 盾构掘进速度v=80cm/min ， 1，磨损系数K 的确定为刀具的磨损系数可以参照经验公式 333 .0n K K n =
其中n K ———1条轨迹配置n 把刀具的磨损系数 K ———1条轨迹配置1把刀具的磨损系数 磨耗系数K 单位：Km mm /103 -为了安全考虑选用在砂砾中能安全掘进的E5材质的磨损系数，45×310-mm/Km 在粘土中能安全掘进的E5材质的磨损系数，15×3 10- mm/Km 刀盘局部视图 由刀盘局部视图可知，42#刀具位置在同一刀具轨迹上配置了两把刀具，40#刀具位置在同一轨迹上布置了1把刀具。土压平衡式盾构粘土砂砂砾 刀头材质 （硬质合金） 4-15 15-2525-45E-52-2.75 7.5-12.512.5-22.5E-31.37-5.17 5.17-8.68.6-15.5 E-2
刀具磨损对表面粗糙度的影响与对策 摘要:镍基合金材料在600℃以上高温中具有高强度,抗氧化性及耐腐蚀性的优良性能,常常用于航空,核电等重要领域。在对其切削加工时,一般采用冷风切削技术。也就是在对镍基高温合金材料等类似工件材料切削时,使用-30℃-60℃的低温冷风喷射到切削区,同时使用微量的植物油代替润滑剂,达到控制高速切削时切削区温度的目的,从而有效减小刀具刃的磨损,进而减少表面粗糙度。本文阐述通过设置不同的切削实验条件,对高温合金材料进行高速切削,分析不同条件下刀具刃磨损情况,并就刀具磨损的深浅程度对加工件表面粗糙度的不同影响进行分析。 关键词:刀具磨损切削冷风切削技术 Abstract:the nickel-based alloy materials in 600℃high temperature above has high strength,oxidation resistance and corrosion resistance of good performance,often used in aviation,nuclear power,and other important fields.In the cutting processing time, generally USES the cold wind cutting technology.Also is to ni-based high-temperature alloy materials and similar workpiece material cutting,use-30℃～60℃low-temperature air cooling jet to cutting area,at the same time use the traces of the vegetable oil instead of lubricant,achieve control of high speed cutting when the temperature of cutting zone of the purpose,thus reduce the cutting tool wear of the blade,and reduce the surface